五矿证券在报告中指出,微型丝杠是灵巧手硬件五大方向之一。ILDA手每个手指对应3个微型丝杠,单手需15个;17个主动自由度意味着至少需要17个微型丝杠。行星滚柱丝杠承载力比滚珠丝杠提高6-15倍,相同负载下节省1/3空间。诺仕机器人已研发出全球最微型行星滚柱丝杠(直径2mm),因时机器人实现螺母直径10mm以内量产。五矿证券认为,微型丝杠用量有望大幅提升,技术壁垒高,国产替代空间广阔。
微型丝杠——灵巧手的精密传动核心
微型丝杠常与高精密减速器、高性能空心杯电机、传感器以及伺服控制系统集成为微型伺服电缸,在保证更小体积基础上实现驱控一体化,具有体积小、精度高、负载大等技术特点。丝杠的作用是把旋转运动变为直线运动,相比蜗轮蜗杆,丝杠精度高、传动效率高(85%-95%)、稳定性好、噪音低。
微型丝杠主要以滚珠丝杠为主,部分方案也会采用性能更好的行星滚柱丝杠。因时机器人、ILDA、Robonaut2等方案均采用滚珠丝杠。行星滚柱丝杠虽然传动效率低于滚珠丝杠,但承载力、刚性、速度、寿命等指标全面领先。
微型丝杠主要以滚珠丝杠为主,部分方案也会采用性能更好的行星滚柱丝杠。因时机器人、ILDA、Robonaut2等方案均采用滚珠丝杠。行星滚柱丝杠虽然传动效率低于滚珠丝杠,但承载力、刚性、速度、寿命等指标全面领先。
用量测算——单手15-17个微型丝杠
参考ILDA手结构,每个手指对应3个微型丝杠,单手需要15个微型丝杠。参考R2手绳驱结构,每个自由度需要一个微型丝杠。假设某款手具备17个主动自由度,意味着至少需要17个微型丝杠。
微型丝杠工作环境精密,对材料要求特别高,通常采用高硬度合金钢或不锈钢,能够在长期使用中保持高精度和耐磨性。其精密结构导致安装和维护需更高精度对准和细致保养,稍有偏差即影响性能。国内生产厂商包括诺仕机器人、因时机器人、新剑传动、KGG等。
微型丝杠工作环境精密,对材料要求特别高,通常采用高硬度合金钢或不锈钢,能够在长期使用中保持高精度和耐磨性。其精密结构导致安装和维护需更高精度对准和细致保养,稍有偏差即影响性能。国内生产厂商包括诺仕机器人、因时机器人、新剑传动、KGG等。
行星滚柱丝杠——性能全面领先但加工难度大
行星滚柱丝杠在相同丝杠直径下比滚珠丝杠承载力提高6-15倍;相同负载下节省1/3空间;定位精度优于1μm;寿命比滚珠丝杠提高10倍以上;转速可达6000r/min,直线速度2m/s以上,加速度1000rad/s²。
但行星滚柱丝杠加工难度极高,丝杠加工工艺有冷轧、旋风铣、硬车、砂轮磨削等。冷轧精度最低,砂轮磨削精度最高但效率低,硬车和旋风铣在精度和效率间取得平衡。丝杠需多次加工、时效处理、修磨中心孔等以提高精度。行星滚柱丝杠因空间形状复杂,加工难度更高。此前多进口,价格高昂且定制化,以Rollvis、GSA、Ewellix等公司为主,国产替代空间广阔。
但行星滚柱丝杠加工难度极高,丝杠加工工艺有冷轧、旋风铣、硬车、砂轮磨削等。冷轧精度最低,砂轮磨削精度最高但效率低,硬车和旋风铣在精度和效率间取得平衡。丝杠需多次加工、时效处理、修磨中心孔等以提高精度。行星滚柱丝杠因空间形状复杂,加工难度更高。此前多进口,价格高昂且定制化,以Rollvis、GSA、Ewellix等公司为主,国产替代空间广阔。
国产微型丝杠突破——从追赶走向替代
诺仕机器人已研发出全球最微型的行星滚柱丝杠,丝杠直径仅2mm,螺母直径6mm,可极大增加线性执行器空间利用率。因时机器人已实现螺母直径10mm以内的微型行星滚柱丝杠量产,应用于灵巧手的驱动设计中。KGG可生产轴径4mm的行星滚柱丝杠(负载1000N),滚珠丝杠轴径仅1.8mm,C3/C5/C7精度均可定制。
中国行星滚柱丝杠市场格局:Rollvis(瑞士,27%)、GSA(瑞士,26%)、Ewellix(瑞典,13%)、Rexroth(德国,12%),均为外资企业。国产微型丝杠处于起步阶段,随着人形机器人量产临近,国产替代进程有望加速。具备热处理、精密机加工能力的企业将率先受益。
中国行星滚柱丝杠市场格局:Rollvis(瑞士,27%)、GSA(瑞士,26%)、Ewellix(瑞典,13%)、Rexroth(德国,12%),均为外资企业。国产微型丝杠处于起步阶段,随着人形机器人量产临近,国产替代进程有望加速。具备热处理、精密机加工能力的企业将率先受益。
| 指标 | 优势说明 |
|---|---|
| 承载力 | 相同丝杠直径下,比滚珠丝杠提高6-15倍 |
| 节省空间 | 相同负载下,比滚珠丝杠节省1/3空间 |
| 速度 | 转速可达6000r/min,直线速度2m/s以上 |
| 定位精度 | 优于1μm |
| 寿命 | 比滚珠丝杠提高10倍以上 |
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